2.3 侵入式
3.無創（非侵入式）的常用技術
3.2pet正電子發射斷層掃瞄
3.3功能磁共振成像功能磁共振成像
3.4fnirs近紅外光譜
3.5腦電圖
3.6比較
腦機介面是允許大腦與各種機器之間進行通訊的系統。
它們的工作分為主要三個步驟：收集大腦訊號，對其進行解釋，然後根據接收到的大腦訊號向連線在一起的機器輸出命令。
2.2.1ecog的優點3.1.1什麼是meg？
它是一種功能性神經成像技術，通過使用非常靈敏的磁力計來記錄大腦自然產生的電流產生的磁場，從而達到繪製大腦活動的目的。」
3.1.2它是如何工作的？
meg測量由大腦中的電流引起的磁場，與eeg相比，它提供了更好的空間解析度[7]。為什麼？因為顱骨和腦內液體的空間模糊效應使磁場遭受的影響遠小於電場[8]。「meg對切向訊號源最敏感，對徑向訊號源敏感度低」。「meg在檢測高頻活動(例如，高於60 hz)方面優於eeg。這是因為磁場穿過顱骨和頭皮，而電場是通過這些組織傳導，從而降低了高頻時的訊雜比。」
3.2.1什麼是pet?
pet是一種核成像技術，用於醫學中以觀察不同過程，例如血液流動，新陳代謝，神經遞質。
3.2.2它是如何工作的？
少量放射性物質(稱為放射性示蹤劑)被注入血流中，到達大腦。在大腦中，放射性示蹤劑附著在葡萄糖上並產生一種稱為氟脫氧葡萄糖(fdg)的放射性核素[10]。大腦使用葡萄糖，它會根據不同區域的活動水平而顯示出不同的水平。pet掃瞄的影象是彩色的，其中活動較多的區域以較暖的顏色顯示為黃色和紅色。大腦的pet掃瞄通常用於檢測癌症或其他疾病。
3.3.1 什麼是fmri？
功能磁共振成像或功能性mri(fmri)是一種使用mri技術的功能性神經成像程式，可通過檢測與血流相關的變化來測量大腦活動。 該技術依賴於腦血流和神經元啟用耦合的事實。當大腦的某個區域處於使用狀態時，流向該區域的血流量也會增加。
功能磁共振成像已於2023年代開發。這是一種非侵入性且安全的技術，它不使用輻射，易於使用，並且具有出色的空間和良好的時間解析度。
3.3.2它是如何工作的？
在大腦中，毛細血管紅細胞中的血紅蛋白將氧氣輸送到神經元。活動導致對氧氣的更多需求，從而導致血液流量增加。血紅蛋白是否被氧化會改變其磁性。這種差異使mri機器(帶有強大電磁體的圓柱管)能夠檢測特定時刻大腦的哪些區域處於活動狀態。
3.4.1 什麼是fnirs？
功能性近紅外光譜法(fnir或fnirs)是將nirs(近紅外光譜法)用於功能性神經成像的目的。使用fnir，可通過與神經元行為相關的血液動力學反應來測量大腦活動。
一種測量區域性大腦皮層活動的光學技術
3.4.2它是如何工作的？
fnirs與fmri一樣測量血液流動的變化，但使用的是另一種技術，即紅外光與磁場。
當任務開始時，會消耗氧氣，隨著複雜性的增加，對氧氣的需求也會增加。功能磁共振成像測量消耗了多少氧氣。fnirs還可以測量該區域有多少氧氣含量。
但是，fnirs的時間解析度不如eeg。fnirs每秒採集10個樣本，而eeg每秒500到1000個樣本。而且空間解析度不如fmri。例如，fmri可以對大腦皮層下的大腦區域成像，而fnirs無法分析經過皮質的影象，無法捕獲任何皮質下啟用。事實上，許多研究人員在sfn展示了他們使用該儀器作為其eeg或fmri資料的補充。
優勢：
具有與eeg fmri更相似的時間解析度，fmri可以每2秒記錄乙個樣本，fnirs可以每1秒記錄10個樣本。
fnirs比eeg更好的空間解析度，比fmri更好的時間解析度.
3.5.1 什麼是eeg？
腦電圖記錄頭皮表面的大腦電活動。
3.5.2它是如何工作的？
電極被放置在頭皮上以獲取大腦產生的電流。
當神經元放電時，會形成偶極子，在突觸處有較低的電壓，在軸突處有較高的電壓。如果是抑制性神經元，偶極子就會翻轉，軸突的電壓較低，突觸的電壓較高。是什麼導致神經元內部發生這種電壓偏移？鈉離子(na+)通道沿樹突開啟，產生大量正電子，此正電荷沿著軸突移動，開啟更多的鈉離子(na+)通道，並導致電荷沿著軸突移動，在突觸處放電，並釋放神經遞質。當成組的神經元一起放電時，它們為我們提供了足以從頭皮進行測量的訊號。我們只能使用eeg(大約直徑的四分之一大小)來測量神經元簇。
優點：它是可攜式的，可以放入乙個小手提箱中(與meg相比，meg需要建造專門的房間)。實驗室級eeg系統可能很昂貴，但比其他bci方法便宜。近年來，已經發布了越來越多的商業eeg系統。
腦電圖資料報含有節律的活動，反映了神經振盪。振盪由頻率，功率和相位來描述。振盪發生在特定的頻率上(即，以一定的速率)。這些變數包括delta，theta，alpha，meta和gamma。研究發現，這些節律與不同的大腦狀態之間存在關聯。例如，通常用於冥想等目的的商用eeg頭戴式耳機通常會測量以alpha頻率出現的大腦活動量。
3.5.3空間解析度
eeg的空間解析度取決於所用電極的數量。在研究中，當需要更高的空間解析度時，通常至少使用32個電極，最多為256個。通常，eeg的空間解析度較低(例如，與ecog和fmri相比)，因為訊號需要向上穿過不同的層到頭骨。但是，可以使用某些型別的過濾器或通過將eeg與其他工具(例如fmri)組合來提高解析度。（電極放置的影象…）
電極越多，花費更多的時間(例如，設定)，頻寬(用於資料收集和分析)和金錢(用於材料)。商用耳機通常使用較少的電極，因為不一定需要高空間解析度(即，定位產生訊號的精確大腦區域)。
「腦電圖的空間精度相當低，但是可以通過表面拉普拉斯運算元或自適應源空間成像技術等空間濾波器來提高」
同樣，空間精確度也很低，因為電極記錄的活動是由不同大腦區域產生的不同訊號的混合，這些大腦區域與放置在電極下方的大腦區域接近和遠離。微觀尺度(小於幾立方公釐)=eeg不可見，電位不足以到達頭皮。可以使用eeg，但使用64個以上的電極和空間濾波技術，介觀尺度(幾立方公釐至幾立方厘公尺的皮質斑塊)=可以用eeg檢測。巨集觀尺度(許多立方厘公尺的大皮質區域)=容易用eeg測量.
3.5.4時間解析度
腦電圖的優點是它具有良好的時間解析度。在一秒鐘內，可以在不同感測器上拍攝上千張電子活動的快照。根據實驗，在eeg中可以使用多達500個的多個電極。它們用於安裝在帽上，以便從同一頭皮區域收集資料。
3.5.5自發性的eeg
腦電訊號分為自發性和誘發性兩種，自發性eeg是在沒有特定外界刺激的情況下大腦皮層的神經元自發性的進行電活動；誘發性eeg指由感官刺激引起的大腦皮層某一區域的電位的節律性變化。
自發性的eeg變化範圍一般在1-30hz之間，一般根據頻率分為4個波段：
delta波：0.5-4hz，一般在大腦皮層的額葉和枕葉出現，振幅為20-150uv，只有在極度疲乏、器官病變或者深度睡眠的情況下才會出現；
theta波：4-8hz，一般在大腦皮層的額葉和頂葉出現，振幅為20-150uv，正常人在疲倦或缺氧時可以產生，精神類疾病患者也可以檢測到該波；
alpha波：8-13hz，一般在大腦皮層的枕骨區出現，振幅為20-200uv，人在精神放鬆狀態並且閉眼時可以檢測到該節律，睜眼時消失，一般將其作為人睜眼閉眼的依據；
beta波：14-30hz，一般在大腦皮層的枕骨區出現，振幅為5-20uv，醫學上一般認為在人受到驚嚇或高度緊張狀態時出現，該節律與事件相關電位聯絡緊密，在bci系統的研究中佔據著重要地位；
此外，u波在關於運動想象思維任務的bci研究中佔據著重要地位，該節律主要出現在大腦的運動感覺皮層，頻率範圍是8-12hz，與人的軀體運動有著密切關係。
腦機介面可以使用任何型別的腦成像。這些包括功能磁共振成像、pet和近紅外光譜(nirs)，它們依賴於血流的變化，以及分別測量大腦磁活動和電活動的腦磁圖(meg)和腦電圖(eeg)。fmri和nirs的空間解析度較高，但時間解析度較差；meg和pet具有較高的時空解析度；腦電具有較低的空間解析度和較高的時間解析度。目前，fmri和meg依賴昂貴而笨重的裝置；pet需要向血液中注入放射性物質。因此，依賴近紅外光譜(nirs)的方法，特別是依賴腦電圖(eeg)的方法是最常用的。
腦機介面科普
本文首發在個人部落格上 7988888.xyz 每寫一篇文章都是對自己知識的梳理，這也是我初衷的所在。當然在對所講述的知識時，我也是盡可能的用淺白的話語闡述清晰，這也為很多同學掃盲了很多知識點吧，至少在我認為是這樣的，我也希望如此。有些人會覺得這些內容很基礎，其實萬丈高樓平地起，是需要紮實的基石的，...
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edf，全稱是eurpean data format，是一種標準檔案格式，用於交換和儲存醫療時間序列，該格式檔案能夠儲存多通道的資料，允許每個訊號擁有不同的取樣頻率，在內部，它包括標題和乙個或多個資料記錄。標題包含一些一般資訊 患者標識，開始時間 等等 以及每個訊號的技術規格 校準，取樣率，過濾，等...